CN112143841A

CN112143841A - 一种高炉混合喷吹兰炭的系统及方法

Info

Publication number: CN112143841A
Application number: CN202010993406.XA
Authority: CN
Inventors: 邢相栋; 庞焯刚; 张馨艺; 郑建潞; 臧旭媛; 杜月利; 吕明; 李小明
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明公开了一种高炉混合喷吹兰炭的系统及方法，涉及冶金技术领域，本发明提供一种高炉混合喷吹兰炭的方法，将兰炭和其他煤粉分开各自碾磨至一定粒度，然后兰炭粉末和其他煤粉分别通过第一输煤管道和第二输煤管道输送到相应的喷煤罐，在混合器中均匀混合后经分分配器和混合输煤管道进入高炉。在不影响高炉喷吹效果的情况下，减少了磨煤机的能量消耗，降低了兰炭颗粒对输煤管道的磨损，提高了高炉喷吹设备的使用寿命。

Description

一种高炉混合喷吹兰炭的系统及方法

技术领域

本发明属于高炉喷吹技术领域，主要涉及一种高炉混合喷吹兰炭的系统及方法。

背景技术

高炉喷吹煤粉是通过风口向高炉内喷吹一定粒度范围的煤粉，进入炉内的煤粉一方面在风口处燃烧提供冶炼过程需要的热源，另一方面可以充当还原铁矿石所需的还原剂，因此能够替代焦炭的部分作用，减少焦炭消耗，同时起到保护焦炭的作用，进而加强了焦炭在高炉内维持料柱透气性的骨架地位。目前国内高炉主要以喷吹烟煤与无烟煤为主，但随着无烟煤资源的匮乏，喷吹的成本也逐渐升高，为了在降低焦比的基础上，达到降低生产成本的目的，各钢铁厂不断寻求利用价格更低的煤种作为高炉喷吹原料。

国家环境保护部发布的《燃煤污染综合治理技术指南(试用)》提到，煤炭资源丰富、经济条件较好且污染严重的地区应优先选用低硫低挥发分的优质无烟煤、型煤、兰炭，这使得兰炭作为喷吹煤粉原料得到了广泛的关注。兰炭是以长焰煤、不粘煤和弱粘煤等为原料，经过中、低温干馏碳化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后得到的半焦产品，其具有燃烧性好、反应性好、置换比高等优点，是一种比较理想的高炉喷吹燃料，喷吹兰炭代替部分烟煤和无烟煤，既可以使低阶煤资源得到综合利用又可以降低钢铁企业成本。

目前，只在少数企业中试验性投入使用兰炭作为原料，尚未大规模应用于高炉喷吹。其中的一个主要原始是兰炭的哈式可磨系数相对于烟煤较低，在碾磨过程中难以破碎成粒度较小的粉末，需要消耗大量的电能。此外，高炉喷吹用煤的冲刷磨损指数在1.0左右，而兰炭的冲刷磨损指数为10～15，兰炭的冲刷磨损指数相较于目前高炉喷吹用煤来说要高的多，所以高炉喷吹兰炭将严重磨损输煤管道，由于严重磨损输煤管道后就需要对其进行更换，更换的部件较多、而且需要停产，这样都会造成无法连续生产，增加了相应的生产成本。因此，现在亟需对高炉喷吹兰炭工艺进行改进，降低高炉喷吹时由于上述原因造成的生产成本。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高炉混合喷吹兰炭的系统及方法，本发明能够在不影响高炉喷吹效果的情况下，进一步降低生产成本。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种高炉混合喷吹兰炭的方法，包括如下步骤：

分别对兰炭和其他原煤进行碾磨，得到兰炭粉末和其他原煤粉末；

将兰炭粉末和其他原煤粉末分别独立输送给混合器，兰炭粉末和其他原煤粉末经混合器混合后喷吹至高炉；

其中，兰炭粉末粒度不大于0.3mm，兰炭粉末中粒度不大于0.074mm的颗粒占兰炭粉末质量的35％～50％；其他原煤粉末粒度不大于0.2mm，其他原煤粉末中粒度不大于0.074mm的颗粒占其他原煤粉末质量的85％～95％。

优选的，其他原煤为烟煤和无烟煤中的一种或两种的混合物。

优选的，兰炭粉末中挥发分的质量含量控制在10％～17％，其他原煤的挥发分的质量含量控制在20％～30％。

本发明还提供了一种高炉混合喷吹兰炭的系统，包括第一喷煤罐、第二喷煤罐、混合器和混合输煤管道，混合器上设有压缩空气入口、兰炭粉末入口、其他煤粉入口流化室和混合流出口，第一喷煤罐上设有第一气体入口、兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道，兰炭粉末出口管道与兰炭粉末入口连接，第二喷煤罐上设有第二气体入口、其他煤粉入口管道和其他煤粉出口管道，其他煤粉入口管道与其他煤粉入口连接，混合输煤管道与混合流出口连接。

优选的，兰炭粉末入口管道、兰炭粉末出口管道和混合输煤管道内壁设有耐磨内衬。

优选的，所述有耐磨内衬采用刚玉陶瓷层。

优选的，兰炭粉末入口管道、兰炭粉末出口管道和混合输煤管道采用ZGMn13高锰钢管。

本发明具有如下有益效果：

本发明高炉混合喷吹兰炭的方法中，控制其他原煤粉末粒度不大于0.2mm，其中粒度不大于0.074mm的质量占比为85％～95％，使其他煤粉的粒度更细；同时，控制兰炭粉末粒度不大于0.3mm，其中不大于0.074mm的质量占比为35％～50％，在上述粉末配比的情况下，可以保证喷吹粉末的平均粒径，保证喷吹效果，从上述粉末的组成来看，本发明中适当增加兰炭粉末的粒度，因此降低了碾磨的兰炭粉末时的难度，从而避免了现有技术中为了将兰炭粉末碾磨至平均粒度时需要较高的能耗，因此这种方法可明显降低磨煤机的能量消耗，减少高炉喷吹的成本。同时，本发明是将兰炭和其他原煤分别进行碾磨，分别输送，然后混合喷吹，因此兰炭粉末只会对自身运输线路上的管道和混合之后的管道造成磨损，因此，即使兰炭粉末对自身运输线路上的管道磨损严重时，只需及时更换这些管道就可以了，其他原煤粉末的输送并不会停止，因此，在此情况下可以保证生产的连续进行，不会因更换部件浪费生产时间；如若混合之后的管道磨损严重时，只需及时更换该管道即可，因此部件的更换量少，因更换设备浪费的生产时间大大降低，从而节约了成本。综上所述，本发明能够在不影响高炉喷吹效果的情况下，能够喷吹兰炭来进行高炉炼铁，同时可以降低由于喷吹兰炭导致管路磨损而带来的生产成本。

进一步的，兰炭粉末中挥发分的质量含量控制在10％～17％，其他原煤的挥发分的质量含量控制在20％～30％，本发明使用挥发分含量略高的兰炭原料，有助于降低兰炭的着火点，改善兰炭粉末的燃烧性；而其他原煤的挥发分略低于一般水平，能够防止粒度较小的其他原煤粉末着火爆炸；

本发明高炉混合喷吹兰炭的系统通过第一喷煤罐、兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道实现对兰炭粉末的独立输送，通过第二喷煤罐其他煤粉入口管道和其他煤粉出口管道实现对其他煤粉的独立运输，通过混合器能够实现兰炭粉末和其他原煤粉末的混合、喷吹，通过混合输煤管道可实现与高炉上用于喷吹燃料的分配器连接，从而实现混合粉末的输送；利用本发明的系统，即使兰炭粉末对兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道磨损严重时，只需及时更换兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道就可以了，其他原煤粉末的输送并不会停止，因此，在此情况下可以保证生产的连续进行，不会因更换部件浪费生产时间；如若混合输煤管道磨损严重时，只需及时更换混合输煤管道即可，因此部件的更换量少，因更换设备浪费的生产时间大大降低，从而节约了成本。

进一步的，兰炭粉末入口管道、兰炭粉末出口管道和混合输煤管道内壁设有耐磨内衬，因此可大大提高这些管道的耐磨性，提高了使用寿命，进一步保证了生产的连续进行。

附图说明

图1是利用本发明用于实现高炉喷吹的系统进行高炉混合喷吹兰炭的流程示意图；

图2是本发明采用的混合器的结构示意图。

图中：1、第一输煤管道；2、第二输煤管道；3、第一喷煤罐；4、第二喷煤罐；5、混合器；6、混合输煤管道；7、分配器；8、高炉；9、兰炭粉末入口；10、其他煤粉入口；11、流化室；12、流化风入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例对本发明作进一步详细的说明。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1和图2，本发明高炉混合喷吹兰炭的系统，包括第一喷煤罐3、第二喷煤罐4、混合器5和混合输煤管道6，混合器5上设有压缩空气入口(即流化风入口12)、兰炭粉末入口9、其他煤粉入口10流化室11和混合流出口，第一喷煤罐3上设有第一气体入口、兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道，兰炭粉末出口管道与兰炭粉末入口9连接，第二喷煤罐4上设有第二气体入口、其他煤粉入口管道和其他煤粉出口管道，其他煤粉入口管道和其他煤粉出口管道为图1中所示的第二输煤管道2，其他煤粉入口管道与其他煤粉入口10连接，混合输煤管道6与混合流出口连接。混合输煤管道6可与高炉8的分配器7连接。各管道上对应安装有相应的控制阀门。

作为本发明优选的实施方案，兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道(图1中所示的第一输煤管道1)内壁设有耐磨内衬，混合输煤管道(6)内壁设有耐磨内衬。

第一输煤管道1和混合输煤管道6为内衬刚玉陶瓷层的钢管，或它们的材质为高耐磨的ZGMn13高锰钢。因此大大降低了兰炭粉末对输煤管道的磨损，提高了高炉喷吹设备的使用寿命。

如图2所示，混合器5设有兰炭粉末入口9和其他煤粉入口10，下设流化室11，混合器的一端(流化风入口12)与压缩空气管道相接，另一端(即混合流出口)与混合输煤管道6相接；压缩空气由流化风入口12进入气室将兰炭粉末与其他煤粉均匀混合后通过混合输煤管道6运送至分配器7。混合器上部设有兰炭粉末和其他煤粉的两个入口，在不喷吹兰炭的情况下只需将第一喷煤罐与混合器间的下煤阀关闭，操作简便，实用性强。

本发明高炉混合喷吹兰炭，包括以下步骤：

首先，将兰炭与其他原煤(烟煤和无烟煤中的一种或两种混合物)分别在不同的磨煤机中碾磨至预设粒度，碾磨后的兰炭粉末粒度不大于0.3mm，其中粒度不大于0.074mm的颗粒的质量含量占35％～50％，兰炭的挥发分控制在10％～17％；碾磨后的其他原煤粉末粒度不大于0.2mm，其中粒度不大于0.074mm的颗粒质量含量占85％～95％，其他原煤的挥发分控制在20％～30％；

然后，将碾磨后的兰炭粉末通过第一输煤管道1和第一喷煤罐3进行输送，第一喷煤罐内氧气体积分数不高于13％，第一输煤管道内的氧气体积分数≤12.5％，其他原煤粉末通过第二输煤管道3和第二喷煤罐4进行输送，第二喷煤罐内氧气体积分数不高于5.5％，第二输煤管道内的氧气体积分数≤7％；

最后，将第一喷煤罐3排出的兰炭粉末和第二喷煤罐4排出的其他原煤粉末于混合器(5)均匀混合流化后，经由混合输煤管道6和分配器7喷入高炉8。

本发明提供一种用于高炉喷吹的混合器及喷吹兰炭的方法，具有降低磨煤机能量消耗，减小输煤管道磨损，延长设备使用寿命和增加经济效益等多方面的效果，具体阐述如下。

实施例1

以某一实际生产情况为例，将200kg兰炭在ZGM80G中速磨煤机中碾磨至粉末粒度不大于0.3mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占36.7％；将800kg烟煤在磨煤机中碾磨至粒度不大于0.2mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占90.9％，计算得磨煤机的电量消耗为6.29kW·h/t。将碾磨后的兰炭粉末进入第一喷煤罐，其他煤粉进入第二喷煤罐，从喷煤罐下料口排出的兰炭粉末和其他煤粉在混合其中与压缩空气及氮气均匀混合后，经过混合输煤管道和分配器进入高炉。其中，第一喷煤罐内的氧气体积分数控制在11.9％±0.2％，第一输煤管道内的氧气体积分数为11.8％±0.4％，第二喷煤罐内的氧气体积分数控制在4.9％±0.5％，第一输煤管道内的氧气体积分数为6.2％±0.5％。喷煤管道在正常喷吹40吨煤粉的正常磨损情况下，保持了77天的有效抗磨损寿命。

实施例2

将200kg兰炭在ZGM80G中速磨煤机碾磨至粉末粒度不大于0.3mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占46.7％；将600kg烟煤和200kg无烟煤均匀混合后在磨煤机中碾磨至粒度不大于0.2mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占85.5％，计算得磨煤机的电量消耗为6.17kW·h/t。将碾磨后的兰炭粉末进入第一喷煤罐，其他煤粉进入第二喷煤罐，从喷煤罐下料口排出的兰炭粉末和其他煤粉在混合其中与压缩空气及氮气均匀混合后，经过混合输煤管道和分配器进入高炉。其中，第一喷煤罐内的氧气体积分数控制在12.3％±0.3％，第一输煤管道内的氧气体积分数为11.8％±0.3％，第二喷煤罐内的氧气体积分数控制在5.1％±0.4％，第一输煤管道内的氧气体积分数为6.7％±0.5％。喷煤管道在正常喷吹40吨煤粉的正常磨损情况下，保持了81天的有效抗磨损寿命。

实施例3

将200kg兰炭在ZGM80G中速磨煤机碾磨至粉末粒度不大于0.3mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占54.1％；将600kg烟煤和200kg无烟煤均匀混合后在磨煤机中碾磨至粒度不大于0.2mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占93.8％，计算得磨煤机的电量消耗为6.64kW·h/t。将碾磨后的兰炭粉末进入第一喷煤罐，其他煤粉进入第二喷煤罐，从喷煤罐下料口排出的兰炭粉末和其他煤粉在混合其中与压缩空气及氮气均匀混合后，经过混合输煤管道和分配器进入高炉。其中，第一喷煤罐内的氧气体积分数控制在11.3％±0.2％，第一输煤管道内的氧气体积分数为10.6％±0.3％，第二喷煤罐内的氧气体积分数控制在4.1％±0.4％，第一输煤管道内的氧气体积分数为5.4％±0.4％。喷煤管道在正常喷吹40吨煤粉的正常磨损情况下，保持了92天的有效抗磨损寿命。

对照组

以钢铁厂实际操作过程为例，将200kg兰炭和800kg烟煤均匀混合后，在ZGM80G中速磨煤机碾磨至粉末粒度不大于0.3mm，通过-200目的筛子筛选后，粒度不大于0.074mm的颗粒含量占76.4％，计算得磨煤机的电量消耗为7.40kW·h/t。碾磨后的混合煤粉进入喷煤罐，在混合其中与压缩空气及氮气均匀混合后通过分配器进入高炉。其中，喷煤罐内的的氧气体积分数控制在8.0％±0.3％，输煤管道内的氧气体积分数为10％±0.5％。喷煤管道在正常喷吹40吨煤粉的正常磨损情况下，保持了24天的有效抗磨损寿命。

按照此方法进行高炉混合喷吹兰炭作业及炼铁生产，能够降低磨煤机的电量消耗并大大提高输煤管道的使用寿命，降低了炼铁成本，促进了兰炭在高炉喷吹中的应用。

从上述方案可以看出，本发明具有以下特点：

首先，将可磨性指数较高的其他原煤与可磨性指数低的兰炭分开各自破碎碾磨，控制其他原煤粉末粒度处于0.074mm以下的占85％～95％，使其他煤粉的粒度更细；同时，控制兰炭粉末粒度处于0.074mm以下的占35％～50％，适当增加兰炭粉末的粒度，这种方法可明显降低磨煤机的能量消耗，减少高炉喷吹的成本；

其次，使用挥发分含量略高的兰炭原料，有助于降低兰炭的着火点，改善兰炭粉末的燃烧性；而其他原煤(烟煤、无烟煤)的挥发分略低于一般水平，同时进一步降低第二喷煤罐和第二输煤管道中的氧气体积分数，防止粒度较小的烟煤和无烟煤煤粉着火爆炸；

最后，兰炭粉末的输煤管道为高耐磨材质的ZGMn13高锰钢或采用内衬刚玉陶瓷层的构造，大大降低了兰炭粉末对输煤管道的磨损，提高了高炉喷吹设备的使用寿命；此外，混合器上部设有兰炭粉末和其他煤粉的两个入口，在不喷吹兰炭的情况下只需将第一喷煤罐与混合器间的下煤阀关闭，操作简便，实用性强。

Claims

1.一种高炉混合喷吹兰炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高炉混合喷吹兰炭的方法，其特征在于，其他原煤为烟煤和无烟煤中的一种或两种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高炉混合喷吹兰炭的方法，其特征在于，兰炭粉末中挥发分的质量含量控制在10％～17％，其他原煤的挥发分的质量含量控制在20％～30％。

4.一种用于实现权利要求1-3任意一项所述高炉混合喷吹兰炭的方法的系统，其特征在于，包括第一喷煤罐(3)、第二喷煤罐(4)、混合器(5)和混合输煤管道(6)，混合器(5)上设有压缩空气入口、兰炭粉末入口(9)、其他煤粉入口(10)流化室(11)和混合流出口，第一喷煤罐(3)上设有第一气体入口、兰炭粉末入口管道和兰炭粉末出口管道，兰炭粉末出口管道与兰炭粉末入口(9)连接，第二喷煤罐(4)上设有第二气体入口、其他煤粉入口管道和其他煤粉出口管道，其他煤粉入口管道与其他煤粉入口(10)连接，混合输煤管道(6)与混合流出口连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，兰炭粉末入口管道、兰炭粉末出口管道和混合输煤管道(6)内壁设有耐磨内衬。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述有耐磨内衬采用刚玉陶瓷层。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，兰炭粉末入口管道、兰炭粉末出口管道和混合输煤管道(6)采用ZGMn13高锰钢管。